Надежность строительных конструкций что это
Строй-справка.ру
Отопление, водоснабжение, канализация
Навигация:
Главная → Все категории → Разрушение зданий
Расчет строительных конструкций, как мы уже знаем, должен предварительно, еще в проектной мастерской гарантировать, что выполненная в соответствии с расчетом конструкция в эксплуатационный период или во время каких-либо аварийных ситуаций сохранит свои качества и будет продолжать выполнять свои функции. Но этот процесс предполагает неизбежные приближения и упрощения: используется условная статическая схема, рассматривается идеализированный материал (идеально упругий или идеально упругопластичный), берутся нагрузки, хотя и хорошо обоснованные в различных нормах, но представляющие собой также значительную идеализацию реально существующих отношений между конструкцией и внешним силовым воздействием. Очевидно, что действительные конструкции, действительные материалы и действительные нагрузки в силу своей сложной, неясной, непостижимой природы будут отличаться от расчетных. Именно эти неизбежные различия перекрываются неким коэффициентом (так называемым коэффициентом запаса). Так что его место в строительстве определяется необходимостью некоего абстрактного начала — расчетных предпосылок о совпадении предполагаемых условий с реальными условиями работы сооружения в различные моменты его жизни.
В принципе надежность зависит от трех основных факторов — от свойств материала, внешних нагрузок и общих условий работы (и исполнения) конструкции. При всем этом полтора века назад, когда был впервые выведен коэффициент запаса, он понимался совершенно иначе, чем сейчас. Но нынешнее понимание его является зачастую противоречивым, во всяком случае, дискуссионным. Не возникает споров только о выборе расчетных характеристик материалов. Для упругих материалов основной расчетной характеристикой является предел текучести, поскольку значительные пластические деформации, которые происходят после его прохождения, приводят к недопустимым смещениям в конструкции. Для хрупких материалов такой основной характеристикой является предел разрушения. Для материалов, работающих в режиме постоянного динамического воздействия, отправной точкой считается так называемый предел усталости, который предполагает хрупкое разрушение, так как внутри материала возникают микротрещины. (Этот предел определяют в лабораторных условиях при многократно повторяющихся динамических воздействиях, причем число циклов в зависимости от конкретных требований может достигать миллиона и даже миллиарда.) Так что в любом случае речь идет о предельных сопротивлениях материала.
Но как же в конце концов вычисляется коэффициент запаса? Например, можно взять в качестве расчетной характеристики материала какую-то долю предельного напряжения; тогда коэффициент запаса будет представлять собой отношение между предельным и расчетным напряжением. Просто, не правда ли? И достаточно надежно – коэффициент запаса будет достаточно велик. Но всегда имеется и оборотная сторона медали, в данном случае – это проблема мотивировки такого коэффициента. Понятие “допускаемое напряжение” и основные положения метода расчета по допускаемым напряжениям сформулированы французом Навье еще в далеком 1826 г. _1 Более века эта система являлась единственным аппаратом “предсказывания” и обеспечения надежности, которым располагали инженеры-конструкторы. Интересно, что в некоторых странах (ФРГ, Франции и др.) этот метод еще используется до сих пор как официальный.
Но ведь в нем не учитывается влияние других факторов на надежность! Очевидно, что односторонний подход имеет множество минусов. До сих пор никто и никогда еще не смог дать удовлетворительных критериев надежности, исходя лишь из свойств материала. Полученный таким образом коэффициент запаса является весьма субъективным и всегда оказывается в пользу надежности. Спроектированные по методу допускаемых напряжений сооружения обладают немотивированно высокой надежностью, которая в век точных расчетов является крайне нежелательной. Если вообще можно говорить в данном случае о какой-либо мотивировке, то ею может быть только низкий уровень знаний. Поэтому некоторые авторитетные специалисты совершенно серьезно называют эту архаичную форму коэффициента запаса коэффициентом незнания.
Только в 3(>х годах нынешнего века был сделан качественно новый шаг вперед. В СССР был обоснован и постепенно разработан новый метод расчета строительных конструкций, который назывался методом расчета по стадии разрушения (или по разрушающим усилиям). Это – следующий этап борьбы человека с природой, новый этап в понимании и регулировании сложной картины невидимого конфликта. Как подсказывает название метода, в качестве расчетных характеристик берутся предельные прочности материалов. На основании этой величины вычисляется несущая способность элементов “за миг до разрушения”, и именно отношение предельной несущей способности к соответствующим внешним усилиям, которые определяют при статическом исследовании, дает величину коэффициента запаса.
Этот новый метод определения коэффициента запаса гораздо лучше, точнее отражает реальное соотношение сил в невидимом конфликте. Особенно значительны различия в обоих методах определения коэфицента запаса для железобетона, для которого само понятие “допускаемые напряжения” выглядит нелепо, как заплата. Поскольку предельные напряжения для бетона одни, а для арматуры другие, точный коэффициент запаса определить невозможно, не говоря уже о том, что реальные напряжения в связи со сложной природой этого материала весьма далеки от допускаемых значений. Общий коэффициент запаса, определенный по новому методу, дает возможность более точного, более обоснованного нормирования. Величина коэффициента больше при перевесе подвижных нагрузок над постоянными, а поскольку характер подвижных неуловим, могут быть и неожиданности. Несмотря на недостатки этого метода, он до сих пор является основным в некоторых развитых странах.
И все же это далеко не предел. Следующий шаг был сделан в 40-50-х годах, когда в СССР была создана и введена система расчета по предельным состояниям. Только здесь были наконец охвачены три основные группы факторов, от которых зависит надежность строительных конструкций. По-новому прозвучало и понятие “надежность”, поскольку было введено логичное предположение, что важно не только не допустить разрушения, но и обеспечить сохранение эксплуатационной пригодности. Поэтому совсем не надо ждать разрушения, чтобы считать, что конструкция себя скомпрометировала; например, недопустимого прогиба вполне достаточно, чтобы ее “списать”.
В настоящее время коэффициент запаса включает в себя как бы три компонента, каждый из которых учитывает различные группы факторов, влияющих на надежность. Начнем4 со свойств материалов. Их механические свойства, включая и предел прочности, изменяются в весьма широких границах. При прежних методах определения размеров проблема “как выбрать” решалась одним махом с помощью общего коэффициента запаса, который был весьма неточным. Сейчас эта проблема решается с помощью метода статистической вероятности. За расчетное сопротивление принимается такая величина, вероятность реального возникновения которой в конструкции является приемлемо малой. Но насколько мало? В Англии, например, она равна 1% (т.е. авария, связанная с “отказом” материала, может ожидаться в одном случае из ста). Согласно нашей практике, расчетное сопротивление имеет вероятностную надежность 0,01% (т. е. в одном случае из тысячи возможна авария). Такая вероятность “отказа” материала является вполне приемлемой, что убедительно подтверждает накопленный до настоящего времени опыт.
Второй стороной рассматриваемого конфликта являются нагрузки. Многолетние наблюдения и статистическая обработка результатов позволяют достаточно точно их нормировать. Максимальные значения внешних нагрузок, которые допускаются при нормальной эксплуатации конструкции, называются нормативными нагрузками. Однако существует возможность повысить эти значения при определенных обстоятельствах. Такое возможное повышение – при определенной вероятностной надежности – учитывается так называемым коэффициентом перегрузки, который является вторым важным компонентом коэффициента запаса.
Остается влияние последнего фактора – общих условий исполнения и работы конструкции и отдельных ее элементов. Этот фактор учитывается коэффициентами условий работы, определяющими важность элемента с точки зрения надежности конструкции в целом, значимость сооружения в системе хозяйственной жизни, качество, условия и контроль исполнения, несоответствие методов расчета реальному напряженному состоянию в конструкции и т. д. Как видим, построен мост между теоретической идеализацией и (строительной практикой, синтезирующий в себе результаты множества наблюдений за выполненными зданиями и сооружениями, весь строительный опыт прошлого и настоящего.
Так, с минимальным перевесом сил конструкция всегда должна стать победителем в конфликте. Слово “вероятность” никого не должно смущать. Когда необходимо обуздать случайные величины, обращение к вероятности неизбежно. Понятие “риск” в строительстве в наши дни имеет лишь теоретическое значение для тех, кто знает свое дело и вкладывает в него душу и знания.
Навигация:
Главная → Все категории → Разрушение зданий
Надежность строительных конструкций что это
ГОСТ Р ИСО 2394-2016
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Основные принципы надежности
Building constructions. General principles on reliability
Дата введения 2017-05-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом «Научно-исследовательский центр «Строительство» (АО «НИЦ «Строительство»), Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций им.В.А.Кучеренко (ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко) на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 международного стандарта, который выполнен Федеральным государственным унитарным предприятием «Российский научно-исследовательский центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 2394:1998* «Общие принципы обеспечения надежности конструкций» (ISO 2394:1998 «General principles on reliability for structures, IDT»).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведении в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
Сведения о соответствии ссылочных международных и европейского стандартов национальным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА
Введение
Настоящий международный стандарт представляет собой общую основу для определения правил проектирования, относящихся к строительству и эксплуатации большинства зданий и инженерных сооружений широкого назначения, независимо от применяемых материалов или их сочетаний. Однако их применение при различных типах строительных материалов (бетон, сталь, древесина, каменная кладка и т.д.) требует специальной адаптации для обеспечения уровня надежности, который был бы наиболее согласованным с требованиями нормативных документов на каждый тип строительного материала.
Настоящий международный стандарт предназначен в качестве базового для комитетов, ответственных за подготовку в соответствии с техническими и экономическими условиями конкретной страны национальных стандартов и сводов правил, учитывающих характер, тип и условия использования сооружения и свойства материалов в течение его расчетного срока службы. Настоящий стандарт является также общей основой для разработки международных и региональных стандартов (например, ENV 1991-1 Eurocode 1), регламентирующих нагрузки на сооружения. В связи с этим он носит концептуальный и обобщенный характер.
Необходимо отметить, что надежность сооружений рассматривается как всеобъемлющее понятие, включающее в себя взаимно зависимые модели для описания воздействий, правила проектирования, элементы надежности, реакции и сопротивление конструктивных элементов, квалификацию исполнителей, процедуры контроля качества и национальные требования. Изменение одного отдельно взятого коэффициента может нарушить общий уровень надежности сооружения. В связи с этим изменение одного из факторов следует сопровождать изучением влияния данного фактора на концепцию надежности в целом.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие принципы обеспечения надежности сооружений для известных или предполагаемых видов воздействий. Надежность рассматривается для сооружения в течение всего проектного срока службы.
Настоящий стандарт следует применять в части, не противоречащей другим нормативным документам Российской Федерации.
В общем случае принципы применимы также при экспертизе существующих конструкций или при оценке изменения их назначения. Однако в некоторых случаях это может быть связано со специальными вопросами, касающимися базовых переменных и расчетных моделей. Данные вопросы рассмотрены в разделе 10.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:
ISO 9002:1994, Quality systems. Model quality assurance in production, installation and servicing (Модель обеспечения качества при производстве, монтаже и обслуживании)
ISO 12491:1997, Statistical methods for quality control of building materials and components (Материалы и изделия строительные. Статистические методы контроля качества)
EN 1990:2002 Eurocode 0: Basis of structural design (Еврокод 0, Основы проектирования сооружений)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 Основные термины
3.1.1 сооружение (structure): Упорядоченная система взаимосвязанных элементов конструкций, запроектированная с целью обеспечить определенный уровень прочности.
3.1.2 элемент конструкции (structural element): Физически различимая часть сооружения.
3.1.3 конструктивная система (structural system): Несущие элементы конструкции здания или инженерного сооружения, а также способ их функционального взаимодействия.
3.1.4 соответствие (compliance): Выполнение установленных требований.
3.1.5 срок службы (life cycle): Период, в течение которого проводятся проектирование, возведение и эксплуатация сооружений. Срок службы начинается с определения целей строительства и оканчивается демонтажом.
3.2 Термины, относящиеся к проектированию в целом
3.2.1 расчетная ситуация (design situation): Совокупность физических условий, представляющих период времени, в течение которого проектом предусмотрено непревышение соответствующих предельных состояний.
3.2.2 установившаяся ситуация (persistent situation): Нормальные условия эксплуатации сооружения, обычно связанные с расчетным сроком службы.
3.2.3 переходная ситуация (transient situation): Прогнозируемые условия эксплуатации или воздействия сооружения.
3.2.4 аварийная ситуация (accidental situation): Особые условия эксплуатации или воздействия сооружения.
3.2.5 эксплуатационная пригодность (serviceability): Способность сооружения или элемента конструкции надлежащим образом выполнять требования нормальной эксплуатации при действии всех ожидаемых нагрузок и воздействий.
3.2.6 отказ (failure): Недостаточная несущая способность или неполная эксплуатационная пригодность сооружения или конструкции.
3.2.7 надежность (reliability): Способность сооружения или элемента конструкции соответствовать установленным требованиям в течение проектного срока службы.
3.2.8 базовый период (reference period): Выбранный период времени, который является основным для оценки значений временных воздействий, зависящих от времени свойств материалов и т.д.
3.2.9 предельное состояние (limit state): Состояние, при превышении которого сооружение перестает удовлетворять требованиям, установленным в проекте.
3.2.10 предельное состояние первой группы (по несущей способности) (ultimate limit state): Состояние, связанное с обрушением или с другими подобными формами отказа элементов строительных конструкций.
3.2.11 предельное состояние второй группы (по эксплуатационной пригодности) (serviceability limit state): Состояние, при превышении которого не выполняются установленные требования по эксплуатации конструкции.
3.2.12 необратимое предельное состояние (irreversible limit state): Предельное состояние, превышение которого сохраняется после удаления вызвавшего его воздействия.
3.2.13 обратимое предельное состояние (reversible limit state): Предельное состояние, превышение которого прекращается после удаления вызвавшего его воздействия.
3.2.15 расчетный срок службы (design working life): Предполагаемый период, в течение которого сооружение или элемент конструкции могут служить по назначению без необходимости капитального ремонта.
3.2.16 техническое обслуживание (maintenance): Комплекс работ, выполняемых в течение расчетного срока службы сооружения для полного обеспечения требований надежности.
3.2.17 класс надежности сооружений (reliability class of structures): Класс сооружений или элементов конструкции, для которых требуется назначение специального уровня надежности.
3.2.18 базовая переменная (basic variable): Физические величины, характеризующие воздействия, влияния окружающей среды, свойства материалов, грунтов и геометрические величины.
3.2.19 ведущая базовая переменная (primary basic variable): Переменная, которая оказывает наибольшее влияние на результаты расчета.
3.2.22 метод частных коэффициентов (partial factors format): Метод расчета, при котором принимается допущение об учете неопределенности и вариации базовых переменных за счет введения репрезентативных значений, частных коэффициентов и, при необходимости, дополнительных параметров.
3.2.23 коэффициент надежности (reliability element): Численное значение коэффициента, используемое в методе частных коэффициентов, с помощью которого достигается требуемый уровень надежности.
3.2.24 надежность элемента (element reliability): Надежность отдельного элемента конструкции, характеризуемого одним доминирующим состоянием отказа.